Lors du dépannage des sorties CA pilotées par des TRIACs, certaines lectures de compteur peuvent être déroutantes en raison des propriétés des circuits à semi-conducteurs. Dans cet article, apprenez les techniques de dépannage appropriées.
Dans la plupart des systèmes d’automates programmables (PLC) discrets, le processus de dépannage des dispositifs de sortie est assez simple. Si le terminal de sortie fonctionne, vous devriez mesurer 0 V en position « OFF » et la pleine tension source en position « ON ». Pour les sorties numériques et à relais, cela est vrai. Cela devrait également être vrai pour les sorties CA pilotées par des TRIACs, mais dans ces cas, certaines lectures de compteur peuvent être déroutantes.
Un voltmètre est de loin l’outil le plus utile pour le technicien de dépannage électrique. Une lecture rapide peut distinguer entre les circuits ouverts et fermés et aider à identifier les points problématiques, souvent avec une ou deux lectures seulement. L’un des meilleurs aspects des circuits de commande industriels est que les lectures de tension sont généralement soit de 0 V, soit de la pleine tension source (généralement 24 VCC ou 120 VCA pour les circuits de commande).
Il est très rare que le voltmètre affiche une chute de tension partielle, bien que cela arrive parfois. L’un de ces cas rares se produit lors du dépannage des dispositifs de sortie CA, comme les bobines de contacteurs ou les solénoïdes. Si l’une de ces sorties de 120 VCA est connectée à une sortie relais sur un module PLC, un contact relais fermé devrait envoyer 120 V, et un contact ouvert devrait envoyer 0 V. Par conséquent, le technicien de dépannage devrait mesurer ces mêmes tensions sur le dispositif de sortie, fournissant des preuves pour déterminer si le problème se situe dans le dispositif, le câblage ou le PLC lui-même.
Lorsque ces dispositifs à bobine sont connectés à une sortie CA TRIAC (parfois simplement appelée « sortie CA »), les lectures sur une bobine défectueuse peuvent montrer des valeurs intermédiaires comprises entre 100 et moins de 120 V, une plage qui ne semble pas logique.
Figure 1. Quelques exemples de modules de sortie CA à base de PLC avec TRIACs pilotant le courant de sortie.
Une réaction instinctive pourrait suggérer que si la sortie PLC fournit trop peu de tension, elle est défectueuse et doit être remplacée. Mais attention ! Comme nous le verrons, cette lecture peut en fait indiquer un fil ouvert à l’intérieur d’un dispositif de sortie défectueux, et le TRIAC lui-même pourrait être en parfait état.
Qu’est-ce qu’un TRIAC ?
Le terme fait référence à un dispositif à semi-conducteur appelé Triode pour CA, ou TRIAC. C’est un interrupteur à base de silicium activé par une petite tension de commande provenant du PLC. En un sens, c’est comme un transistor (comme un MOSFET) pour les charges CA. Il présente une petite chute de tension lorsqu’il est actif, de sorte que les niveaux de courant sont généralement un peu plus limités que pour un circuit à relais. Cependant, en raison de l’absence de pièces mobiles, ils ont une durée de commutation presque infinie tant qu’ils sont utilisés bien en deçà de la valeur maximale de courant.
Comme pour tous les dispositifs à semi-conducteurs, le TRIAC ne se met jamais complètement en position « marche » ou « arrêt ». La résistance passe simplement d’extrêmement basse pour alimenter le dispositif de sortie à extrêmement élevée pour limiter le flux de courant vers le dispositif de sortie. Lorsque le terminal est alimenté, cette résistance très faible mais mesurable entraîne une petite chute de tension et, par conséquent, une dissipation de puissance et de chaleur.
Comment tester une sortie TRIAC
Pour effectuer un simple test de sortie CA TRIAC avec un multimètre, placez les fils du voltmètre CA entre le terminal de sortie et le neutre (N) de la ligne CA.
Placez le terminal de sortie en position « ON ». La tension du compteur devrait être de 24 ou 120 VCA, selon le système utilisé.
Maintenant, placez le terminal de sortie en position « OFF ». La tension devrait être légèrement supérieure à la moitié de la tension d’alimentation (NON 0 V). Il est difficile de déterminer la valeur exacte attendue car tous les TRIACs et les compteurs n’ont pas la même résistance.
Mais pourquoi lit-on un niveau de tension intermédiaire ? À cause du courant de fuite dans les dispositifs à semi-conducteurs.
Le problème du courant de fuite
Pour la plupart des TRIACs courants, le « courant de fuite » fait référence à une limite garantie par le fabricant sur la plage de courant qui peut être attendue lorsque le TRIAC est en position « éteint ». Cette quantité est extrêmement faible ; par exemple, la fiche technique du BT136, un TRIAC de 4 A, fournit une quantité de courant en état bloqué, qui est la même que le courant de fuite.
Figure 2. Un TRIAC BT136, le symbole équivalent, et la ligne de la fiche technique spécifiant le courant en état bloqué (courant de fuite).
Résistance du TRIAC à l’état bloqué
Dans cet exemple d’application, la plage est de 0,1 mA à 0,5 mA avec une tension appliquée de 600 V. Une tension appliquée plus faible entraînera naturellement des courants de fuite plus faibles. Le calcul de la valeur équivalente de la résistance en état bloqué donnerait une plage de 6 MΩ à 1,2 MΩ pour ces valeurs de courant.
Gardant cette valeur à l’esprit, un technicien dépanne un dispositif avec une bobine ouverte et mesure une tension à travers la bobine de 112 V, s’attendant à voir 0 V. Le terminal PLC est vérifié en position « éteint », et pourtant il y a toujours 112 V. La sortie est-elle défectueuse ?
Représenter le TRIAC comme un circuit en série
Comme la bobine était ouverte, le multimètre a complété le circuit au moment où il a été connecté. Cette minuscule quantité de courant de fuite a traversé le compteur, enregistrant une tension, mais ces 112 V sont-ils une mesure raisonnable ?
Un DMM standard a une résistance interne comprise entre 10 MΩ et 20 MΩ. La plupart des bons outils seront plus proches du niveau de 20 MΩ. Si la tension mesurée est de 112 V et que la résistance interne est de 20 MΩ, le courant est d’environ 5,6 microampères.
Revenons au PLC, le TRIAC doit chuter les 8 V restants. Compte tenu des 5,6 microampères de courant de fuite, la résistance équivalente serait d’environ 1,5 MΩ. Cela cadre avec la raison pour ce TRIAC, selon la fiche technique.
La valeur de tension sera très probablement autour de 80-110 V pour une alimentation de 120 VCA et autour de 20-23 V pour une alimentation de 24 VCA (tension d’alimentation plus faible = moins de courant de fuite et moins de tension chutée par le compteur).
Figure 3. Deux circuits montrant le circuit de sortie réel avec la bobine ouverte à gauche, et le circuit équivalent avec chaque composant représenté comme une résistance à droite. Étant donné que la bobine est ouverte, cela peut être écrit comme un simple circuit en série.
Qu’est-ce qui peut changer la chute de tension ?
Quelques facteurs peuvent modifier la tension mesurée.
Premièrement, un compteur avec une résistance plus faible réduira la tension mesurée (revoir le concept de diviseur de tension en série).
Si le terminal de sortie est effectivement activé, la tension sera de 120 V, même si la bobine est défectueuse. Assurez-vous que le terminal est hors tension avant de conclure à une défaillance.
Si la bobine fonctionne, la résistance sera bien plus basse que celle du compteur, pas plus de quelques centaines d’ohms. Dans ce cas, même le courant de fuite maximal absolu devrait être inférieur à 0,5 mA selon la fiche technique, de sorte que la chute de tension devrait être inférieure à 0,25 V pour une bobine de 500 Ω. Dans le cas d’une bonne bobine, le processus de dépannage suit de plus près ce à quoi on pourrait s’attendre pour une sortie relais.
Si cette valeur de mesure est une préoccupation majeure, une résistance pourrait être placée en parallèle avec la bobine. Si la valeur est environ 10x supérieure à celle de la bobine (peut-être 5,000 à 10,000 Ω), alors elle n’affectera pas beaucoup la consommation de courant du circuit, mais la résistance sera toujours bien plus faible que celle du TRIAC lui-même, de sorte que la tension mesurée d’une bobine ouverte sera plus proche de 0 lorsque le terminal est en position OFF.
